模糊生死定义，耶鲁科学家实现死猪复活？

死去的猪躺在实验室里一个小时了，和其他哺乳动物一样，心脏骤停之后，它们的血液循环停止了，细胞开始缺少氧气和营养物质，而后发生的一系列破坏性分子级联反应将会损害它们的组织和器官。这些过程是生物性死亡中的必经之路，不过这次的情况有所不同。耶鲁大学研究人员使用了一个类似于心肺机的装置将特制的溶液注入到了这些死猪的身体里。

结果是，这些传统意义上已死的猪，它们的器官和细胞的死亡进程似乎被按下了“暂停”按钮。它们的心脏发出了电活动，它们的肾脏、肝脏和肺中的细胞再次发挥作用，并显示出自我修复的迹象。在热缺血一小时后，这项应用于全身的再灌注系统让我们意识到细胞死亡或许能够被抑制，并且细胞的状态可以在分子和细胞水平上实现逆向恢复。

这并不是内纳德·塞斯坦（Nenad Sestan）领导的团队首次尝试“模糊”生与死的边界。他们在三年前开发了一个名为BrainEx的体外灌注系统，让死亡四小时的猪脑，其脑细胞中的代谢活动在某种程度上得以恢复，脑组织能够维持良好的结构，一定程度上实现了猪脑“复活”。这一次，塞斯坦团队将BrainEx体外脉冲灌注系统升级并配以用于猪全身环境的细胞保护灌注液。他们将这一系统命名为OrganEx，如其名，这个全新的系统将面对的是全身器官的再灌注挑战。

论文题目：

Cellular recovery after prolonged warm ischaemia of the whole body

DOI：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05016-1

01

OrganEx是如何运作的？

OrganEx技术由灌注系统和合成灌注液组成。灌注系统包含一个特制的脉冲发生器，该发生器连接到一个离心泵，可以再现生理性压力的波形。灌注系统中配有自动血液透析器和药物输送系统来传送和补充灌注液，此外还配有实时传感器，用以监测重要的循环参数和代谢物。灌注液的配方是BrainEx灌注液的改良版本，针对全身器官的兼容性进行了优化。灌注液成分包含脱细胞和血红蛋白的液体，以及用以细胞保护的营养物质和药物成分。其中，药物成分由13种减少细胞死亡和细胞压力并能调节免疫和神经系统的药组成，旨在改善长期缺血后的电解质和代谢失衡。

OrganEx

研究团队将OrganEx系统应用到心脏骤停以及体循环停止后，热缺血损伤持续一小时的雌猪身上。研究人员将OrganEx与猪的股动脉和股静脉相连接以恢复体循环，抽取自体血引流到OrganEx系统中，然后将血液和灌注液以1:1的有效比例混合后，用于6小时的灌注。

这一过程与临床上使用的体外生命支持技术ECMO（体外膜肺氧合，常用于急性严重心肺衰竭患者的心肺支持）颇为相似。因此，研究人员将ECMO灌注自体血用于实验的平行对照组，同时设置了三个未灌注对照组，分别是猪死亡后缺血不久，缺血1小时和缺血7小时组。

02

OrganEx的再灌注挑战

OrganEx面临的第一个挑战是能否重建全身血液循环。实验发现，使用ECMO系统灌注，血管总是处于低流量或者无流量的状态，尽管ECMO可以对主要动脉和器官进行有限填充，比如肾脏、肝脏和大脑，但由于血管中压力过低，还是无法建立正常的血液循环。相比之下，OrganEx表现出了更为出色的灌注能力。彩色多普勒分析显示，OrganEx组的全身灌注效果明显，不仅建立了正常的血液循环，其血管也能保持充盈状态。此外，在脑部和肾动脉中也出现了特征性血流。OrganEx自带的传感器进一步证实，猪体内的血流速度和血压也得以恢复。

与ECMO（左）相比，使用OrganEx（右）全身灌注效果明显，不仅建立了正常的血液循环，其血管也能保持充盈状态。

接着，OrganEx需要面对的挑战是器官组织和细胞的恢复。研究人员通过无差别取样和组织学分析调查了多个器官的细胞结构变化。他们分析了容易受到缺血影响的海马CA1区和前额叶皮质（PFC）的脑细胞结构。随着缺血时间的延长，CA1和PFC中的细胞数量会减少。其中，ECMO组的细胞耗损程度与缺血7小时组程度相当，与之相对，经OrganEx灌注后，这些区域的细胞数量几乎恢复到猪死亡后缺血不久的水平。而针对大脑中三个主要细胞类型神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞的分析也表现出类似的结果，OrganEx组细胞数量和完整性都类似于缺血不久组或缺血1小时后的状态。

研究人员进一步对基本外周器官组织和细胞完整性分析，包括心脏、肺、肝脏、肾脏和胰腺，他们评估了出血、组织水肿、细胞空泡化和细胞形态。结果显示，接受OrganEx灌注的器官表现出较少的出血以及组织水肿的迹象，器官的状态接近于猪死亡后缺血不久的状态。与ECMO相比，使用OrganEx灌注阻止了细胞结构进一步损伤。除此之外，研究还对器官功能恢复的指标进行了分析。在OrganEx灌注组中，一些高度代谢的器官如心脏和肾脏，其摄取葡萄糖的能力与猪死亡后缺血不久组相当。心电图结果显示，在接受OrganEx灌注期间，猪心脏的QRS波段（心电图波段）自发地重现，表明心室去极化，然而ECMO组并没有观察到QRS波段的再现。OrganEx组还观察到了心肌细胞的收缩，而ECMO组则完全没有收缩。

在接受OrganEx灌注期间，

猪心脏的QRS波段（心电图波段）自发地重现。

研究人员最后使用单核RNA测序的方法来评估器官在转录水平上的变化以及OrganEx干预的影响。与其他组相比，OrganEx组其促进细胞骨架组装、DNA修复、ATP代谢、抑制细胞凋亡和其他主要细胞死亡途径的基因在所选器官中明显富集。测序结果支持了使用OrganEx系统灌注的器官，它们的细胞损伤减少，某些分子和细胞修复过程开启。褪去“复活死亡的器官”的噱头，OrganEx系统仍然是再灌注领域的一项突破性研究。

03

机遇、局限及关于死亡的重新定义

再灌注技术的突破首先获益的无疑是器官移植领域。据统计，每年约有20%的移植器官由于质量原因无法用以临床。目前临床上保存移植器官的标准做法是静态冷藏，但这并不能满足所有移植器官的需求。使用ECMO技术保存无法复苏的患者的器官用以移植，也是目前临床上正在积极探索的领域。如果未来OrganEx灌注系统能够同样有效地应用到人体，那么势必可以延长移植器官的有效保存，让更多病人获益。但目前存在的一个未知数是，如果将恢复功能的猪器官移植到另一个接受者体内，它们是否可以正常且独立地运作？因此，下一步研究或许要将这些器官移植到其他猪身上，与传统方式保存的器官进行功能对比。

对于因各种病因导致器官缺血的病人，比如心肌梗死或者溺水，OrganEx灌注系统或许可以给他们带来新的治疗希望。尽管离人体测试还有很长一段路，但是如果OrganEx能够恢复活体患者重要器官的正常功能，那势必能挽救更多的生命。除此之外，它也将带来一个有趣的伦理议题——何为死亡。

纽约大学生物伦理学助理教授布兰登·帕伦特（Brendan Parent）评论道，OrganEx系统在未来可能可以增加患者复苏的可能性，那么将这个系统用以器官移植之前，我们更应该探索这个技术用以挽救生命的潜力。如果我们可以以前所未有的方式恢复细胞功能，那我们必须确定这个系统能够在多大程度上恢复那些目前临床定义其状态为“死亡”的病人的生活质量。

这也说明，OrganEx正在影响着我们对死亡的定义，如果目前的研究结果同样适用于人体，那么在血液和氧气剥夺之后，细胞无法恢复的时间会比过往认为的长很多，由此，我们确定一个人死亡的时间也将改变。心肺复苏术、呼吸机以及ECMO，技术的迭代让我们不断将死亡时间后移，或许对于上一代技术而言，OrganEx在某种程度上已经实现了“复活”的使命。

参考文献

Andrijevic, D., Vrselja, Z., Lysyy, T. et al. Cellular recovery after prolonged warm ischaemia of the whole body. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05016-1

作者：Korra | 封面：Melk Hagelslag from Pixabay

编辑：光影 | 排版：光影